DE102004019973B4 - Method for producing a contamination-protected, optoelectronic component and contamination-protected, optoelectronic component - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements, bei dem ein optoelektronisches Element, das geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu emittieren und/oder zu empfangen, mit einem Silikon aufweisenden strahlungsdurchlässigen Umhüllungsmaterial zumindest teilweise umhüllt wird, wobei eine Oberfläche des Umhüllungsmaterials nach dem Umhüllen des optoelektronischen Elements chemisch oder mittels eines Plasmaverfahrens derart behandelt wird, dass an der Oberfläche Si-O-Gruppen und/oder Si-OH-Gruppen erzeugt werden, so dass nachfolgend die Adhäsion von verunreinigenden Stoffen auf der Oberfläche verringert ist.method for producing an optoelectronic component, in which a opto-electronic element that is suitable for electromagnetic radiation to emit and / or receive with a silicone having radiolucent wrapping material at least partially enveloped being, being a surface of the wrapping material after wrapping the optoelectronic element chemically or by means of a plasma process is treated such that Si-O groups and / or Si-OH groups on the surface be generated, so that subsequently the adhesion of contaminants on the surface is reduced.
Description
Verfahren zum Herstellen eines kontaminationsgeschützten, optoelektronischen Bauelements und kontaminationsgeschütztes, optoelektronisches Bauelementmethod for producing a contamination-protected, optoelectronic component and contamination-protected, optoelectronic component
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements, bei dem ein optoelektronisches Element, das geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu emittieren und/oder zu empfangen, insbesondere ein optoelektronischer Halbleiterchip, mit einem Silikon aufweisenden strahlungsdurchlässigen Umhüllungsmaterial zumindest teilweise umhüllt wird. Sie betrifft weiterhin ein optoelektronisches Bauelement.The The invention relates to a method for producing an optoelectronic Device in which an optoelectronic element that is suitable to emit and / or receive electromagnetic radiation in particular an optoelectronic semiconductor chip, with a silicone having radiation-transmissive wrapping material at least partially enveloped becomes. It further relates to an optoelectronic component.
Aus
In
Aus
In
Die Oberflächen von Leuchtdiodenbauelementen und Leuchtdioden-Modulen, welche einen Silikonverguss aufweisen, haben die negative Eigenschaft, Schmutzpartikel wie Fasern, Staub, Sandkörner, Metallspäne etc. so an sich zu binden, dass ein einfaches Entfernen dieser Verunreinigungen beispielsweise mittels Pressluft oder anderer das Bauelement möglichst nicht schädigender Verfahren wenn überhaupt, dann nur sehr schwierig möglich ist. Das kann insbesondere bei optoelektronischen Bauelementen zu einer erheblichen Beeinträchtigung von deren Funktion führen, etwa wenn eine große Menge an kontaminierenden Materialien an einer zur Strahlungsauskopplung vorgesehenen Oberfläche haftet. Es kann hierbei beispielsweise zu geringerer Lichtauskoppelung, zu unerwünschter Lichtstreuung und zu Kollimationsproblemen kommen.The surfaces of light emitting diode devices and light emitting diode modules, which is a silicone grout have the negative property, dirt particles such as fibers, Dust, grains of sand, metal shavings etc. so to tie that easy removal of these impurities For example, by means of compressed air or other the component as possible not damaging Procedure if any, then only very difficult possible is. This can in particular in optoelectronic devices to a significant impairment lead from their function, about when a big one Amount of contaminating materials at one for radiation decoupling provided surface liable. For example, it may result in less light extraction, too unwanted Light scattering and collimation problems come.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die Adhäsion von verunreinigenden Partikeln oder Substanzen an Oberflächen silikonhaltiger Umhüllungsmaterialien zumindest verringert werden kann.A The object of the present invention is a method to develop, with which the adhesion from contaminating particles or substances to surfaces containing silicone wrapping materials at least can be reduced.
Weiterhin soll ein entsprechendes optoelektronisches Bauelement bereitgestellt werden.Farther to provide a corresponding optoelectronic device become.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 22 gelöst.These Tasks are achieved by a method having the features of the claim 1 and by an optoelectronic device having the features of claim 22 solved.
Vorteilhafte Ausführungsformen und bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens bzw. des Bauelements sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 21 bzw. 23 bis 36 angegeben.advantageous embodiments and preferred developments of the method or of the component are in the dependent Claims 2 to 21 and 23 to 36, respectively.
Bei einem Verfahren gemäß der Erfindung wird eine Oberfläche des Umhüllungsmaterials nach dem Umhüllen des optoelektronischen Elements chemisch oder mittels eines Plasmaverfahrens derart behandelt, dass an der Oberfläche Si-O-Gruppen und/oder Si-OH-Gruppen erzeugt werden. Diese Si-O-Gruppen und/oder Si-OH-Gruppen verringern vorteilhafterweise bereits deutlich die Adhäsion von verunreinigenden Stoffen auf der Oberfläche des Umhüllungsmaterials.at a method according to the invention a surface of the wrapping material after wrapping of the optoelectronic element chemically or by means of a plasma process treated such that on the surface Si-O groups and / or Si-OH groups be generated. These Si-O groups and / or Si-OH groups advantageously reduce already clearly the adhesion contaminants on the surface of the wrapping material.
Zur Erzeugung der Si-O-Gruppen und/oder Si-OH-Gruppen an der Oberfläche des Umhüllungsmaterials wird diese
- – mit mindestens einer anorganischen und/oder organischen Säure, beispielsweise mit einer Säure aus der Gruppe bestehend aus Schwefelsäure, Salpetersäure und Weinsäure, behandelt,
- – geflammt, beispielsweise mittels Flammenpyrolyse silikatisiert, oder
- – mit Ozon und/oder mit Ozon und UV behandelt.
- Treated with at least one inorganic and / or organic acid, for example with an acid selected from the group consisting of sulfuric acid, nitric acid and tartaric acid,
- - Flamed, silicated, for example by means of flame pyrolysis, or
- - treated with ozone and / or with ozone and UV.
Beim Silikatisieren der Oberfläche durch Flammenpyrolyse wird vorteilhafterweise mittels einer siliziumorganischen Verbindung eine Silikatschicht erzeugt. Als Pyrolysegas kann ein Silan-dotiertes Propan-Butan-Gemisch verwendet werden.At the Silicate the surface by flame pyrolysis is advantageously by means of an organosilicon Compound generates a silicate layer. As pyrolysis gas, a silane-doped Propane-butane mixture can be used.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden an die Si-O-Gruppen und/oder Si-OH-Gruppen Moleküle angekoppelt, die die Adhäsion von verunreinigenden Stoffen an der Oberfläche weiter verringern. Solche Moleküle weisen vorzugsweise hydrolysierbare Gruppen auf.at a particularly preferred embodiment of the invention will become coupled to the Si-O groups and / or Si-OH groups molecules that facilitate the adhesion of further reduce contaminants on the surface. Such molecules preferably have hydrolyzable groups.
Vorzugsweise verbinden sich die Moleküle über Sauerstoffbrücken mit der Oberfläche. Weiterhin bevorzugt stammen die Moleküle aus der Gruppe der siliziumorganischen Verbindungen. Vorzugsweise sind dies Siliziumalkoxid-Moleküle, die wiederum bevorzugt neben den Alkoxidgruppen kurzkettige organische Ketten oder Ringe aufweisen. Bewährt haben sich diesbezüglich n-Butyltrimethoxysilan-Moleküle und Diphenyldimethoxysilan-Moleküle.Preferably the molecules combine via oxygen bridges the surface. Further preferably, the molecules are from the group of organosilicon Links. Preferably, these are silicon alkoxide molecules that In turn, in addition to the alkoxide groups, short-chain organic compounds are preferred Have chains or rings. proven have in this regard n-butyltrimethoxysilane molecules and diphenyldimethoxysilane molecules.
Nach derzeitigem Kenntnisstand koppelt das Siliziumalkoxid über Hydrolyse und Kondensation an die oberflächenständigen Si-OH-Gruppen an. Die spezielle organische Funktion weist dann von der Oberfläche nach außen und bestimmt das Haftverhalten der dann vorhandenen Oberfläche. Die nach außen weisenden Gruppen können neben organischen auch anorganische Gruppen enthalten. So können beispielsweise auch Fluor enthaltende Siliziumalkoxide die beschriebene Veränderung des Haftverhaltens bewirken.To As currently known, the silicon alkoxide couples via hydrolysis and condensation on the surface-going Si-OH groups at. The special organic function then indicates the surface Outside and determines the adhesion of the then existing surface. The outward pointing groups can In addition to organic and inorganic groups. So, for example also fluorine-containing silicon alkoxides the described change of detention.
Alternativ oder zusätzlich kann auf die Oberfläche ein Lack aufgebracht werden, der hydrolysierbare Gruppen enthält. Geeignete Lacke sind hierbei beispielsweise mittels eines Sol-Gel-Verfahrens hergestellte Lacke.alternative or additionally can on the surface a varnish containing hydrolyzable groups can be applied. suitable Paints are in this case for example by means of a sol-gel process manufactured paints.
Zur Verwendung kommen können grundsätzlich auch andere Metallalkoxide mit hydrolysierbaren Gruppen und Alkoxide, welche eine oxidische Haut erzeugen und damit ebenfalls die Oberflächeneigenschaften der Silikon aufweisenden oder aus Silikon bestehenden Umhüllung in der gewünschten Weise verändern.to Use can come in principle also other metal alkoxides with hydrolyzable groups and alkoxides, which produce an oxidic skin and thus also the surface properties the silicone-containing or silicone casing in the desired way change.
Bei einem bevorzugten Verfahren zum Herstellen von optoelektronischen Bauelementen wird das Bauelement nach dem Umhüllen des optoelektronischen Elements mit der Silikon enthaltenden Umhüllungsmasse und nach dem Erzeugen der Si-O-Gruppen und/oder Si-OH-Gruppen an der Oberfläche, zumindest mit der zu behandelnden Oberfläche in eine Lösung getaucht, in der die Moleküle, die die Adhäsion von verunreinigenden Stoffen an der Oberfläche der Umhüllung verringern, enthalten sind. Vorzugsweise werden die Bauelemente gegebenenfalls noch im Leadframe-Verbund, das heißt vor deren Herausstanzen aus dem Leadframe-Band, vollständig in die Lösung getaucht. Dieses Verfahren ist ebenso wie das Vorbehandeln der Oberfläche zur Erzeugung der Si-O-Gruppen und/oder Si-OH-Gruppen tauglich für ein „reel to reel"-Fertigungsverfahren und lässt sich somit vorteilhafterweise in eine herkömmlichen Leuchtdioden-Fertigungsanlage integrieren.at a preferred method for producing optoelectronic Components is the device after wrapping the optoelectronic Elements with the silicone-containing encapsulant and after the production the Si-O groups and / or Si-OH groups on the surface, at least with the surface to be treated in one solution immersed, in which the molecules, the adhesion from contaminants on the surface of the cladding are. Preferably, the components are optionally still in Leadframe composite, that is before their punching out of the leadframe band, completely in the solution dipped. This process is as well as the pretreatment of the surface for production the Si-O groups and / or Si-OH groups suitable for a "reel to reel "manufacturing process and let yourself thus advantageously in a conventional light-emitting diode manufacturing plant integrate.
Die Bauelemente werden nach dem Herausnehmen aus der Lösung zum Entfernen des Lösungsmittels thermisch nachbehandelt, beispielsweise etwa eine Stunde auf ca. 100 bis 200 °C erhitzt.The Components are after removal from the solution for Remove the solvent thermally treated, for example, about an hour to about 100 to 200 ° C heated.
Bei einem optoelektronischen Bauelement gemäß der Erfindung weist das Umhüllungsmaterial eine Oberfläche auf, die eine Adhäsion von verunreinigenden Stoffen auf dem Umhüllungsmaterial verringert.at an optoelectronic component according to the invention, the wrapping material has a surface on that an adhesion reduced by contaminants on the wrapping material.
Für ein optoelektronisches Bauelement gemäß der Erfindung gelten alle im Zusammenhang mit dem Verfahren genannten gegenständlichen Ausführungsformen und Vorteile in gleichem Maße wie für das Verfahren.For an optoelectronic Component according to the invention apply all objective in the context of the process mentioned embodiments and benefits to the same extent as for that Method.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelements ist das optoelektronische Element ein Halbleiter-Leuchtdiodenchip, der in einer Ausnehmung eines Gehäusegrundkörpers angeordnet ist, und der Halbleiter-Leuchtdiodenchip in der Ausnehmung mit dem Umhüllungsmaterial vergossen oder umspritzt ist.at a particularly preferred embodiment an optoelectronic component is the optoelectronic element a semiconductor light-emitting diode chip, which is arranged in a recess of a housing base body is, and the semiconductor light-emitting diode chip in the recess with the wrapping material potted or overmolded.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelements ist das optoelektronische Element ein Halbleiter-Leuchtdiodenchip, der auf einem Trägerplättchen angeordnet ist, und der Halbleiter-Leuchtdiodenchip auf dem Trägerplättchen mit dem Umhüllungsmaterial vergossen oder umspritzt ist.at another preferred embodiment an optoelectronic component is the optoelectronic element a semiconductor light-emitting diode chip, which is arranged on a carrier plate, and the semiconductor light emitting diode chip on the carrier plate with the wrapping material potted or overmolded.
Um bei Strahlung aussendenden und/oder Strahlung empfangenden Bauelementen die Strahlungsauskopplung und/oder -einkopplung nicht zu beeinträchtigen, haben die auf das Umhüllungsmaterial applizierten Moleküle zur Verringerung der Adhäsion von Schmutzpartikeln eine möglichst geringe, Idealerweise keine Eigenfärbung zu zeigen. Im Falle von blaues Licht oder UV-Strahlung emittierenden Elementen, wie Leuchtdiodenchips, oder blaues Licht oder UV-Strahlung empfangenden Elementen, wie Photodiodenchips, sollten die auf das Umhüllungsmaterial applizierten Moleküle weitestgehend stabil gegenüber UV-Strahlung bzw. blauem Licht sein.Around radiation-emitting and / or radiation-receiving components not to impair the radiation extraction and / or coupling, have the on the wrapping material applied molecules to reduce adhesion of dirt particles one as possible low, ideally no self-coloring to show. In case of blue light or UV radiation emitting elements, such as LED chips, or blue light or UV radiation-receiving elements, such as photodiode chips, should the on the wrapping material applied molecules largely stable compared UV radiation or be blue light.
Das Verfahren gemäß der Erfindung sowie deren Ausführungsformen und Weiterbildungen sind nicht auf die Verwendung bei optoelektronischen Bauelementen eingeschränkt, sondern können generell überall dort eingesetzt werden, wo eine Verunreinigung einer Oberfläche eines Silikon aufweisenden Materials vermieden werden soll.The Method according to the invention as well as their embodiments and further developments are not for use in optoelectronic devices limited, but you can generally everywhere be used where contamination of a surface of a Silicone-containing material should be avoided.
Weitere
Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten
der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit
den
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente der Figuren, insbesondere die Dicken von dargestellten Schichten, sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können sie zum besseren Verständnis teilweise übertrieben groß dargestellt sein.In the embodiments and figures are the same or equivalent components each with provide the same reference numerals. The illustrated elements the figures, in particular the thicknesses of layers shown, are not to scale to watch. Rather, you can for a better understanding partially exaggerated shown big be.
Bei
dem Ausführungsbeispiel
des Verfahrens (
Nach
dem Vergießen
des Leuchtdiodenchips
Allein durch diese Behandlung der Oberfläche wird vorteilhafterweise bereits die Adhäsion von verunreinigenden Stoffen wie Fasern, Staub, Sandkörner, Metallspäne etc. auf der Oberfläche des Umhüllungsmaterials deutlich verringert.Alone By this treatment of the surface becomes advantageously already the adhesion contaminants such as fibers, dust, grains of sand, metal chips etc. on the surface of the wrapping material significantly reduced.
Alternativ kann zur Erzeugung der Si-O-Gruppen und/oder Si-OH-Gruppen an der Oberfläche des Silikonharzes diese mit mindestens einer anorganischen und/oder organischen Säure, beispielsweise mit einer Säure aus der Gruppe bestehend aus Schwefelsäure, Salpetersäure und Weinsäure, behandelt werden. Eine weitere Alternative ist eine Behandlung mit Ozon und/oder mit Ozon und UV.alternative can be used to generate the Si-O groups and / or Si-OH groups on the surface of the Silicone resin with at least one inorganic and / or organic acid, for example with an acid from the group consisting of sulfuric acid, nitric acid and tartaric acid become. Another alternative is treatment with ozone and / or with ozone and UV.
Bei
dem Verfahrens gemäß dem Ausführungsbeispiel
werden nach der Oberflächenvorbehandlung
mittels Flammenpyrolyse die Bauelemente einige Minuten in ein Tauchbad
aus Ethanol, das n-Butyltrimethoxysilan
enthält,
getaucht (vgl.
Dabei
koppeln sich n-Butyltrimethoxysilan-Moleküle bzw. Diphenyldimethoxysilan-Moleküle an Si-O-Gruppen
und/oder Si-OH-Gruppen,
die während
der Oberflächenvorbehandlung
an der Oberfläche
der Umhüllungsmasse
Alternativ oder zusätzlich kann auf die Oberfläche ein Lack aufgebracht werden, der hydrolysierbare Gruppen enthält. Geeignete Lacke sind hierbei beispielsweise mittels eines Sol-Gel-Verfahrens hergestellte Lacke.alternative or additionally can on the surface a varnish containing hydrolyzable groups can be applied. suitable Paints are in this case for example by means of a sol-gel process manufactured paints.
Die
geflammten und getauchten Bauelemente werden nach dem Herausnehmen
aus der Ethanol-Lösung
zum Entfernen des Lösungsmittels
thermisch nachbehandelt, beispielsweise etwa eine Stunde auf ca.
100 bis 200 °C
erhitzt (vgl.
Das gesamte Verfahren ist tauglich für ein „reel to reel"-Fertigungsverfahren und lässt sich somit vorteilhafterweise in eine herkömmlichen Leuchtdioden-Fertigungsanlage integrieren.The entire procedure is suitable for a "reel to reel "manufacturing process and lets thus advantageously in a conventional light-emitting diode manufacturing plant integrate.
Bei
dem Ausführungsbeispiel
für ein
optoelektronisches Bauelement gemäß
Derartige premold-Gehäuse sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.Such premold packages are well known to those skilled in the art and are therefore not explained in detail at this point.
In
der Ausnehmung
In
der Ausnehmung
Auf
dem Silikonharz-Verguß
Diese
prinzipielle Bauform ist grundsätzlich ebenso
für ein
oberflächenmontierbares
Photodiodenbauelement geeignet, bei dem in der Ausnehmung
Bei
dem in
Derartige so genannte CHIPLED-Gehäuse sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.such so-called CHIPLED housings are the skilled person from the prior art well known and are of therefore not closer at this point explained.
Der
Leuchtdiodenchip
In
das Silikonharz können
Leuchtstoff-Pigmente eingemischt sein, die zumindest einen Teil
der vom Leuchtdiodenchip
Der Schutzumfang der Erfindung ist selbstverständlich nicht durch die Beschreibung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.Of the The scope of the invention is of course not limited by the description the invention with reference to the embodiments to these embodiments limited.
Die Erfindung umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn die ses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The Invention includes any novel feature as well as any combination of Characteristics, in particular any combination of features in the claims includes, even if this feature or this combination itself not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments is.
Claims (36)
Priority Applications (1)
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DE102004019973A1 (en) | 2005-09-15 |
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